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甲氨基阿維菌素脅迫下福壽螺肝臟抗氧化酶活性及顯微結(jié)構(gòu)的變化

2015-01-01 02:14:40黃秀枝蔡璦安尚戰(zhàn)峰賢振華
關(guān)鍵詞:福壽螺阿維菌素氨基

黃秀枝, 蔡璦安, 尚戰(zhàn)峰, 賢振華

(廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院,廣西 南寧 530005)

自1981年福壽螺引入中國(guó)以來(lái),其作為外來(lái)入侵物種,在新的環(huán)境和氣候條件下,福壽螺失去了原有天敵的制約,加上盲目引進(jìn)和管理不善,福壽螺大量生長(zhǎng)繁殖,逐步擴(kuò)散到稻田,成為一種新的為害水稻的有害生物[1-2]。隨著螺源的逐年積累,福壽螺已成為為害中國(guó)水稻的惡性水生動(dòng)物,嚴(yán)重威脅水稻生產(chǎn)[3],被稱為“為害最大的外來(lái)物種之一[4]”、“世界性惡性入侵水生動(dòng)物[5]”和“為害水稻的惡性水生動(dòng)物[6]”。

甲氨基阿維菌素(Methylamino abamectin)是一種新型的高效生物殺蟲(chóng)殺螨劑,具有低毒、無(wú)殘留、無(wú)公害的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。其對(duì)菜青蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)、甜菜夜蛾、小菜蛾等鱗翅目害蟲(chóng)具有較高的殺蟲(chóng)活性[7-8],對(duì)福壽螺的防治效果優(yōu)于茶皂素和殺螺胺[9]。

超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)是生物體內(nèi)的重要保護(hù)酶,可以清除細(xì)胞內(nèi)多余的自由基,防止其毒害[10]。楊光研究發(fā)現(xiàn),5.6 μg/L 以上的阿維菌素長(zhǎng)時(shí)間脅迫對(duì)鯉魚(yú)產(chǎn)生較強(qiáng)的氧化壓力,使得機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)的正常功能受損,造成細(xì)胞或組織的不可逆損傷[11]。食用蟹在亞致死量的阿維菌素(10%)中暴露24 h,其鰓與肝胰腺的SOD活性上升[12]。楊家長(zhǎng)等認(rèn)為低濃度阿維菌素對(duì)鯉魚(yú)SOD活性的影響較大[13]。李世凱發(fā)現(xiàn)伊維菌素對(duì)斑馬魚(yú)肌肉SOD活性表現(xiàn)為低濃度的抑制,高濃度先誘導(dǎo)后抑制[14]。

甲氨基阿維菌素尚未在軟體動(dòng)物中登記使用,其對(duì)福壽螺的毒性機(jī)理尚未清楚。本試驗(yàn)擬以福壽螺中螺為研究對(duì)象,研究甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟SOD、PO和CAT酶活性的影響,及其對(duì)福壽螺肝臟顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的病理變化,以期更系統(tǒng)地了解甲氨基阿維菌素在福壽螺體內(nèi)的毒理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)螺源

試驗(yàn)螺為人工繁殖的第一代健康福壽螺中螺,體質(zhì)量為(3.5±0.4)g,試驗(yàn)期間不投食。飼養(yǎng)水池保持水體流通,水質(zhì)清新。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 甲氨基阿維菌素急性毒力測(cè)定 取68.3%甲氨基阿維菌素原藥配制成母液,加水稀釋成5個(gè)梯度濃度,分別為 0.80 mg/L、0.40 mg/L、0.20 mg/L、0.10 mg/L、0.05 mg/L,設(shè)清水為對(duì)照處理,每個(gè)處理重復(fù)3次。用桶 (8.75 cm×8.75 cm×16.50 cm)盛適當(dāng)藥液,保證福壽螺能浸泡于藥液中。每桶投螺15只,加蓋紗網(wǎng),防止福壽螺逃逸。在(25±1)℃的恒溫室浸泡福壽螺,每6 h觀察福壽螺的行為和死亡情況,并清除死螺,48 h后統(tǒng)計(jì)死螺數(shù),計(jì)算死亡率和校正死亡率。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS軟件進(jìn)行處理,計(jì)算福壽螺在48 h的急性毒力回歸方程及LC25、LC50及LC75的濃度值。

1.2.2 福壽螺肝臟抗氧化酶活力測(cè)定 設(shè)置LC25、LC50、LC753個(gè)質(zhì)量濃度和空白對(duì)照,每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)重復(fù),試驗(yàn)開(kāi)始后分別于6 h、12 h、24 h、48 h取樣,每組隨機(jī)選擇12只活螺,用自來(lái)水沖洗表面的藥液,于冰盤上快速取出福壽螺的肝臟,吸干表面水分。快速稱取1 g肝臟置于研缽中,用剪刀剪碎,加入液氮后快速研磨,加入緩沖液稀釋。

1.2.2.1 SOD及PO酶源及活力測(cè)定 按質(zhì)量體積1∶5的比例,即1 g組織中加入5 ml預(yù)冷的0.2 mol/L Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液(pH 6.8)冰浴、勻漿,4℃靜置30 min,冷凍離心(4℃,10 000 r/min)30 min,取上清液作為酶源,上清液中的蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)法[15]測(cè)定。鄰苯三酚自氧化速率測(cè)定參考許申鴻和顧含真的方法[16-17]并作如下改進(jìn):依次加入0.1 mol/L Tris-HCl 4.5 ml緩沖液、4.2 ml二次蒸餾水,樣品管加入2.50 mmol/L 0.3 ml鄰苯三酚,于325 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值。SOD酶活力單位定義為在25℃、pH 8.2時(shí)1 min抑制鄰苯三酚自氧化速率達(dá)50%的酶量[18]。PO酶活力測(cè)定參照Benjamin的方法[19]稍加改進(jìn):在2.0 ml的測(cè)定體系[1.0 ml 0.10 mol/L,pH 6.8的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液和1.0 ml 8.00 mmol/L鄰苯二酚]中加入200 μl酶源上清液,28℃檢測(cè)430 nm處的吸光值。酶活力單位定義為以1 min催化底物氧化增加吸光值0.001的酶量[20]。

1.2.2.2 CAT酶源及活力測(cè)定 取0.6 g肝臟于勻漿器中,加入6.0 ml已預(yù)冷的Tris-HCl緩沖液(0.01 mol/L Tris,0.25 mol/L蔗糖,0.10 mmol/L EDTA,pH 7.5),在冰浴下10 000 r/min勻漿,冷凍離心10 min[21]。在恒溫25℃條件下,將CAT酶提取液加入H2O2-磷酸鹽緩沖液中,采用1 cm比色皿在250 nm波長(zhǎng)處每隔10 s測(cè)其吸光值。CAT酶活性單位定義為25℃、100 s內(nèi)分解H2O2一半時(shí)的酶量[22]。

1.2.3 福壽螺肝臟顯微結(jié)構(gòu)觀察 分別取清水(CK)、LC25、LC50及 LC75濃度處理6 h、12 h、24 h 及48 h受藥嚴(yán)重且瀕臨死亡的福壽螺肝臟,將其用鹽水洗凈,經(jīng)固定、脫水、包埋、切片、蘇木精-伊紅染色法(HE)染色后在光學(xué)顯微鏡下觀察拍照。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,組間數(shù)據(jù)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 急性毒力測(cè)定

試驗(yàn)期間空白對(duì)照組(CK)的福壽螺正常,均無(wú)死亡。低濃度甲氨基阿維菌素給藥處理后,福壽螺出現(xiàn)行動(dòng)稍遲鈍,爬行能力減弱等中毒癥狀;隨著給藥濃度提高,福壽螺呼吸管、觸角及外套膜均出現(xiàn)中毒癥狀。在給藥6 h內(nèi)無(wú)死亡發(fā)生;給藥48 h后,各處理出現(xiàn)了不同程度的死亡。給藥48 h,甲氨基阿維菌素濃度與福壽螺死亡率呈線性相關(guān)關(guān)系(表1)。

表1 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺的急性毒力試驗(yàn)Table 1 Acute toxicities of methylamino abamectin to Pomacea canaliculata

2.2 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟SOD活性的影響

從時(shí)間-效應(yīng)關(guān)系上,甲氨基阿維菌素為L(zhǎng)C25濃度時(shí),福壽螺肝臟的SOD酶活性在6 h開(kāi)始升高,在24 h時(shí)出現(xiàn)峰值,此時(shí)較對(duì)照組高14.24%,差異極顯著,但之后活性開(kāi)始下降,到48 h時(shí)降至與對(duì)照水平幾乎一致;甲氨基阿維菌素在LC50濃度時(shí),福壽螺肝臟SOD酶活在給藥6~24 h呈現(xiàn)顯著的激活作用,酶活力在24 h時(shí)達(dá)高峰,約為對(duì)照組的1.4倍,之后回落至低于對(duì)照組水平,整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)出了上升-下降的過(guò)程;甲氨基阿維菌素在LC75濃度時(shí),福壽螺肝臟內(nèi)SOD酶活性則表現(xiàn)出先升后降的過(guò)程,6~12 h內(nèi),SOD酶活性均顯著高于對(duì)照,6 h時(shí)達(dá)最大值,較對(duì)照組高28.33%,之后酶活逐步下降,至48 h時(shí)降至最低,較對(duì)照組降低了24.38%(圖1)。從濃度-效應(yīng)關(guān)系分析,在處理6~12 h時(shí)間段,隨著濃度的增大,SOD活力呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì),24 h時(shí)SOD活性則表現(xiàn)出LC50>LC25>CK>LC75,此時(shí)濃度若達(dá)到LC75時(shí),福壽螺肝臟的SOD活性已經(jīng)受到抑制;48 h時(shí),SOD活性為L(zhǎng)C25>CK>LC50>LC75。在甲氨基阿維菌素高濃度和長(zhǎng)時(shí)間處理下,福壽螺肝臟體內(nèi)SOD酶活力受到較強(qiáng)抑制(圖1)。

2.3 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟PO活性的影響

圖1 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟SOD活性的影響Fig.1 Effect of methylamino abamectin on the activity of SOD in the liver of P.canaliculata

福壽螺肝臟PO活性在處理6 h內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng),各處理組PO的活性開(kāi)始下降(圖2)。甲氨基阿維菌素濃度為L(zhǎng)C25時(shí),福壽螺肝臟PO酶活力在6 h急劇上升,6~12 h緩慢下降,之后急劇下降,至48 h時(shí)降至低于對(duì)照組水平;LC50濃度組,6 h時(shí)福壽螺肝臟PO酶活力上升趨勢(shì)較LC25濃度組小,之后PO酶活力開(kāi)始下降,至48 h酶活極顯著低于對(duì)照;LC75濃度組PO酶活力的變化與LC25濃度組相似,均在6 h時(shí)最高,為對(duì)照組的2.4倍(P<0.01),但在12~48 h內(nèi)急劇下降,48 h時(shí)PO酶活力極顯著低于對(duì)照組水平(圖2)。從濃度-效應(yīng)關(guān)系分析,在12 h內(nèi),福壽螺肝臟PO活力表現(xiàn)出LC75>LC25>LC50>CK,但在48 h時(shí),呈現(xiàn)CK>LC25>LC50>LC75(圖2)。說(shuō)明在長(zhǎng)時(shí)間高濃度甲氨基阿維菌素脅迫下,福壽螺抵抗甲氨基阿維菌素的能力減弱,表現(xiàn)出了明顯的時(shí)間和劑量效應(yīng)。

圖2 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟PO活性的影響Fig.2 Effect of methylamino abamectin on the activity of PO in the liver of P.canaliculata

2.4 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟CAT活性的影響

如圖3所示,在甲氨基阿維菌素作用下福壽螺肝臟內(nèi)CAT活性總體表現(xiàn)為上升-下降的趨勢(shì)。甲氨基阿維菌素濃度為L(zhǎng)C25時(shí),福壽螺肝臟CAT酶活力在給藥6 h時(shí)緩慢增大,24 h之后開(kāi)始下降,至48 h時(shí)極顯著低于對(duì)照組;甲氨基阿維菌素濃度為L(zhǎng)C50時(shí),福壽螺肝臟CAT酶活力在給藥6 h時(shí)顯著升高,隨后逐漸下降,至48 h時(shí),CAT酶活力較對(duì)照組少30.06%(P<0.01);甲氨基阿維菌素在LC75濃度時(shí),福壽螺肝臟CAT酶活性也表現(xiàn)出了先上升后下降的趨勢(shì),CAT活性在6 h處出現(xiàn)高峰,為對(duì)照組的2.3倍,隨后急劇下降,至48 h時(shí)極顯著低于對(duì)照水平。從濃度-效應(yīng)關(guān)系來(lái)看,6~12 h時(shí)隨著甲氨基阿維菌素濃度的增加,福壽螺體內(nèi)肝臟CAT酶活力呈上升的趨勢(shì),而后則表現(xiàn)出隨著濃度的增加而下降。說(shuō)明短時(shí)間內(nèi)(6~12 h)處理,甲氨基阿維菌素濃度越高,其對(duì)福壽螺肝臟內(nèi)的CAT活力具有越強(qiáng)的激活作用,隨著作用時(shí)間延長(zhǎng),福壽螺肝臟CAT酶活力受到抑制作用。

2.5 福壽螺肝臟顯微結(jié)構(gòu)的變化

正常福壽螺的肝臟消化小管結(jié)構(gòu)完整、清晰,肝細(xì)胞未見(jiàn)異常(圖4-1、4-2)。低濃度(LC25)甲氨基阿維菌素處理6 h后,其結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生異常(圖4-3),濃度為L(zhǎng)C50時(shí),可見(jiàn)結(jié)締組織中的血管有少量瘀血(圖4-4),濃度為L(zhǎng)C75時(shí),瘀血面積加大(圖4-5)。甲氨基阿維菌素處理12 h時(shí),福壽螺肝臟消化小管的結(jié)締組織明顯擴(kuò)張,血管瘀血加重;消化小管的基膜變薄(圖4-6)。甲氨基阿維菌素處理24 h時(shí),LC25濃度組福壽螺肝臟整個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彌漫性瘀血(圖4-9);LC50處理組福壽螺肝臟消化小管的基膜大部分溶解壞死,細(xì)胞開(kāi)始變形(圖4-10)。甲氨基阿維菌素處理48 h時(shí),福壽螺中毒嚴(yán)重,在低濃度下方可看見(jiàn)消化小管基膜,但結(jié)構(gòu)不完整(圖4-12);LC75組福壽螺肝臟上皮組織出現(xiàn)溶解壞死,結(jié)締組織高度擴(kuò)張,其間可見(jiàn)大量絮狀壞死物,嗜堿性細(xì)胞和消化細(xì)胞變性,細(xì)胞畸形(圖4-14)。

圖3 甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟過(guò)氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effect of methylamino abamectin on the activity of CAT in the liver of P.canaliculata

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)各濃度組的福壽螺在不同的暴露時(shí)間下,其肝臟內(nèi)SOD酶活力的變化趨勢(shì)不同。甲氨基阿維菌素低濃度(LC25)組的福壽螺肝臟SOD酶活力變化不大,長(zhǎng)時(shí)間(48 h)暴露后,與對(duì)照組無(wú)顯著差異;中濃度(LC50)組福壽螺肝臟內(nèi)SOD酶活力在24 h達(dá)到最大值,48 h其酶活力才被顯著抑制;而高濃度(LC75)組的SOD酶活性比低、中濃度組在更快的時(shí)間(6 h)達(dá)到高峰后開(kāi)始持續(xù)下降并在24 h時(shí)被極顯著抑制。福壽螺中毒后,體內(nèi)原有的自由基代謝受到了破壞,發(fā)生氧化損傷,在較輕的損傷程度下,福壽螺靠自身的抵抗防御作用,SOD發(fā)揮自身功能,清除掉多余的自由基,此時(shí)誘導(dǎo)的作用表現(xiàn)為適應(yīng)性反應(yīng),但福壽螺在48 h高劑量的藥劑下,SOD無(wú)法在較短的時(shí)間抵抗過(guò)多的自由基,防御系統(tǒng)遭到了破壞,SOD活性受到了抑制,解毒功能下降,表現(xiàn)出嚴(yán)重的中毒現(xiàn)象。表明甲氨基阿維菌素對(duì)福壽螺肝臟內(nèi)SOD酶活性具有激活作用,但隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)和暴露濃度的增加,激活能力下降,最終其肝臟SOD酶活力受到抑制。試驗(yàn)中觀察到的SOD酶活性與其他相關(guān)研究中酶活性的變化類似,均呈先上升后下降的趨勢(shì)[23-24]。

圖4 福壽螺肝臟顯微結(jié)構(gòu)(×100)Fig.4 The microstructure of livers of normal(1 and 2)and methylamino abamectin treated P.canaliculat(3 to 14)

PO以PPO的形式存在于血液淋巴中,是黑色素合成的關(guān)鍵酶,同時(shí)也是昆蟲(chóng)體內(nèi)的重要免疫蛋白。PPO一經(jīng)活化成PO,則參與機(jī)體代謝過(guò)程的細(xì)胞吞噬、黑化作用和傷口愈合等過(guò)程,起防御作用[25]。本研究中暴露于甲氨基阿維菌素12 h的福壽螺,其肝臟PO酶活性波動(dòng)大,以低濃度(LC25)、高濃度(LC75)組的福壽螺肝臟PO酶活性被顯著激活,而中濃度(LC50)對(duì)福壽螺肝臟內(nèi)PO酶活性無(wú)顯著影響。短時(shí)間內(nèi),福壽螺肝臟內(nèi)的PO先被激活,這與松油烯-4-醇對(duì)家蠅酚氧化酶具有激活作用[26]一致。而高濃度長(zhǎng)時(shí)間(48 h)的暴露,則會(huì)使福壽螺體內(nèi)PO酶活性受到抑制,這可能與破壞了黑色素的形成從而損壞了免疫系統(tǒng)有關(guān)。

短時(shí)間(6 h)脅迫下,福壽螺肝臟CAT酶活性均表現(xiàn)出激活作用,其中以高濃度(LC75)組福壽螺肝臟CAT酶活力激活效應(yīng)顯著,但在長(zhǎng)時(shí)間脅迫下,肝臟內(nèi)產(chǎn)生大量的H2O2,超出CAT的清除能力,機(jī)體受損。國(guó)內(nèi)外也有大量研究表明,CAT酶活力受毒物劑量的影響,當(dāng)濃度較低時(shí),毒物對(duì)代謝有一定的促進(jìn)作用[27-28]。各濃度組福壽螺肝臟CAT酶活力均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì),這與阿維菌素脅迫下黃河鯉魚(yú)鰓組織中CAT酶活力的變化趨勢(shì)一致[12]。因此,CAT酶活性狀況變化能夠很好地反應(yīng)機(jī)體受甲氨基阿維菌素的損害程度。CAT酶活性與其他兩種酶活性是否具有相關(guān)性或與其他抗氧化酶酶活性及脂質(zhì)過(guò)氧化酶酶活性是否有關(guān)聯(lián),有待進(jìn)一步研究。

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